美國杜克大學(xué)工程師開發(fā)了世界上第一個(gè)完全可回收的印刷電子產(chǎn)品：由3種碳基墨水制成的晶體管。研究人員希望以此激發(fā)新一代可循環(huán)利用的電子產(chǎn)品的研發(fā)，以幫助解決日益增長的全球電子垃圾問題。相關(guān)研究發(fā)表在26日的《自然·電子學(xué)》雜志上。
制作晶體管和集成電路的原料一般是硅片，很難回收利用。據(jù)聯(lián)合國估計(jì)，每年丟棄的數(shù)百萬公斤電子產(chǎn)品中，只有不到1/4被回收利用。
在新研究中，杜克大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授亞倫·富蘭克林及其團(tuán)隊(duì)展示了一種完全可回收的全功能晶體管，其由3種碳基墨水制成，可以輕易打印到紙張或其他柔韌環(huán)保材料的表面。碳納米管和石墨烯墨水分別用于半導(dǎo)體和導(dǎo)體。富蘭克林說，這些材料在印刷電子產(chǎn)品領(lǐng)域并不新鮮，開辟可回收利用新途徑的是一種名為納米纖維素的木質(zhì)絕緣介質(zhì)墨水。
納米纖維素可生物降解，多年來一直用于包裝等領(lǐng)域。此次，研究人員開發(fā)出一種懸浮納米纖維素晶體的方法，這種晶體從木材纖維中提取出來，在上面灑上少許食鹽，就可以產(chǎn)生一種墨水，作為打印晶體管的絕緣體。在室溫下將這3種墨水放在噴墨打印機(jī)中，打印出的全碳晶體管性能良好，可以廣泛應(yīng)用。
將打印出的晶體管浸入一系列水槽中，用聲波輕輕震動(dòng)它們，并對(duì)產(chǎn)生的溶液進(jìn)行離心，可依次回收碳納米管和石墨烯，平均回收率接近100%。此外，兩種材料都可以在相同的印刷過程中重復(fù)使用，性能幾乎無損。由于納米纖維素是由木材制成的，其與印刷紙均可被回收利用。
富蘭克林表示，像這樣的可回收電子產(chǎn)品不可能完全取代芯片，而且當(dāng)前研究離打印可回收的計(jì)算機(jī)處理器還很遠(yuǎn)。但這種完全可回收的多功能印刷晶體管為我們開發(fā)出擁有可循環(huán)“生命周期”的新型電子產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
總編輯圈點(diǎn)
用二維納米材料，可以印刷電路，制作電子元器件甚至晶體管。當(dāng)然，和傳統(tǒng)晶體管相比，這類晶體管在性能上還有一定差距。這次，科研人員改良了打印晶體管的“墨水”，用了懸浮納米纖維素晶體+食鹽的新“配方”。這一配方的最大亮點(diǎn)，就是“可回收”。電子垃圾是擺在人類面前的棘手問題，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，電子垃圾也越來越多。制備可完全回收的碳基材料晶體管，也為可循環(huán)使用的新型電子產(chǎn)品制造工藝探了路。
（責(zé)任編輯：梁艷）
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